วัตถุประสงค์ของการแก้ปัญหาการสลายเซลล์

เซลล์เป็นหน่วยพื้นฐานของชีวิต เนื่องจากเป็น "วัตถุ" ทางชีววิทยาที่ทำซ้ำได้อย่างชัดเจนที่สุด ซึ่งมีคุณสมบัติสำคัญที่เกี่ยวข้องกับชีวิต เช่น การสืบพันธุ์และเมแทบอลิซึม ในฐานะที่เป็นเอนทิตีในตัวเอง พวกมันมีรูปแบบทางกายภาพที่ชัดเจน เช่นเดียวกับพืชในชีวิตประจำวันและ สัตว์ การหยุดชะงักทางกายภาพที่เพียงพอต่อ "เรือ" นี้สามารถนำไปสู่การสูญเสียชีวิตสำหรับสิ่งมีชีวิตใน คำถาม.

เยื่อหุ้มเซลล์รอบ ๆ เซลล์ทำงานได้ดีมาก โดยยังคงรักษารูปแบบพื้นฐานที่เหมือนกันในทุกชีวิตบนโลกมาเป็นเวลาหลายร้อยล้านปี แต่มันไม่ใช่บาเรียวิเศษและสามารถทำลายล้างด้วยพลังชนิดต่างๆ ได้ นำไปสู่การแตกแยกของ เซลล์ และเนื้อหาในลักษณะเดียวกับลูกโป่งยางที่เติมน้ำผลไม้และผลไม้จนล้นแล้วจึงแตก

สลายเซลล์ คือการแยกเซลล์ออกจากกันด้วยแรงภายนอก แม้ว่าเซลล์จะเป็นอันตรายถึงชีวิต แต่ก็มีบางสถานการณ์ที่นักวิทยาศาสตร์ของมนุษย์ต้องการสลายเซลล์หรือเซลล์เพื่อรับเนื้อหาโดยไม่ทำลายพวกมัน (ลองนึกถึงหนังโจรปล้นธนาคารเก่าๆ ที่คนร้ายพยายามจะระเบิดห้องนิรภัยโดยไม่เผาเงินข้างใน) สารละลายสลายตัวเรียกอีกอย่างว่า สลายบัฟเฟอร์เป็นวิธีหนึ่งในการบรรลุเป้าหมายนี้

เซลล์มาในสองประเภทพื้นฐาน ซึ่งสะท้อนถึงโดเมนอนุกรมวิธานสองโดเมนที่ "ราก" ของต้นไม้แห่งชีวิตที่แตกแขนง: โปรคาริโอต และ ยูคาริโอตโดยมีโดเมนที่เกี่ยวข้องกันคือ โปรคาริโอตา (แบคทีเรียและสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวหรือเซลล์เดียวอื่นๆ) และ ยูคาริโอต (พืช สัตว์ โพรทิสต์ และรา มีเซลล์เดียวน้อยมาก)

เซลล์โปรคาริโอตมักจะมีธาตุมากกว่าธาตุทั้งสี่ที่เหมือนกันกับเซลล์ที่มีชีวิตทั้งหมดเพียงเล็กน้อย: a เยื่อหุ้มเซลล์, แ ไซโตพลาสซึม ("สารกู่" ที่ประกอบขึ้นเป็นส่วนใหญ่ของภายในเซลล์) สารพันธุกรรมในรูปของ ดีเอ็นเอ (กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก) และไรโบโซมสำหรับทำโปรตีน ในทางกลับกัน เซลล์ยูคาริโอตมีคุณสมบัติอื่นๆ มากมาย รวมถึงนิวเคลียสรอบดีเอ็นเอของพวกมัน

ลักษณะสำคัญที่แยกเซลล์ยูคาริโอตออกจากเซลล์โปรคาริโอตคือเซลล์ยูคาริโอตมีเยื่อหุ้มเซลล์ ออร์แกเนลล์. พลาสมาเมมเบรนรอบๆ โครงสร้างเหล่านี้แทบจะเหมือนกับรอบๆ เซลล์โดยรวม ดังนั้นจึงมีความเสี่ยงต่อภัยคุกคามทางกายภาพและทางเคมีแบบเดียวกัน

อันที่จริง ออร์แกเนลล์ชนิดหนึ่งเรียกว่า ไลโซโซมมีวัตถุประสงค์เพียงอย่างเดียวในการละลายของเสียจากการเผาผลาญของเซลล์เพื่อกำจัดพวกมัน

การสลายเซลล์ ในบริบทของบทความนี้ จะกล่าวถึงการสลายเซลล์โดยมีเป้าหมายโดยมนุษย์ เพื่อให้ได้เนื้อหาที่สมบูรณ์ ไม่ใช่แค่เหตุการณ์ทางกายภาพหรือทางเคมีของการสลาย ภายในเซลล์มีอะไรบ้างที่นักวิทยาศาสตร์และคนอื่นๆ อาจต้องการเข้าถึง

หากคุณนึกเหตุผลไม่ออก ให้พิจารณาว่าส่วนใดของเซลล์ที่คุณเห็นว่าทำงานมากหรือน้อยเหมือนสมองของมัน นั่นจะเป็น นิวเคลียส (ในยูคาริโอต) ของการรวมตัวของ DNA ค่อนข้างคล้ายกับนิวเคลียสแบบกระจายที่ปราศจากเมมเบรน (ในโปรคาริโอต)

สารพันธุกรรมมี "ความทรงจำ" ตามความหมายที่แท้จริง เนื่องจากเก็บรักษาข้อมูลไว้เหมือนกับที่จิตใจทำ แม้ว่าจะใช้กระบวนการที่แตกต่างกัน ดีเอ็นเอจึงเป็นเป้าหมายอันล้ำค่าของผู้ปฏิบัติงานด้านวิทยาศาสตร์ที่ต้องการสกัดจากเซลล์ที่ไม่เสียหายโดยใช้วิธีการสลาย

เซลล์มีสารอื่นๆ ที่น่าสนใจมากมายสำหรับนักวิจัยทางการแพทย์ และผู้ปฏิบัติงานในห้องปฏิบัติการ รวมถึงพี่น้องของ DNA RNA (กรดไรโบนิวคลีอิก) และโปรตีน ฮอร์โมน และโมเลกุลขนาดใหญ่อื่นๆ การสกัดโปรตีนโดยเฉพาะจะกล่าวถึงด้านล่าง

การสลายเป็นเพียงกระบวนการแยกบางสิ่งออกจากกันในระดับจุลภาค ความหมายโดยพื้นฐานแล้วเหมือนกับ "การละลาย" เว้นแต่ว่าคุณไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าของคุณ ขณะนี้นักวิทยาศาสตร์และคนอื่นๆ มีหลายวิธีในการสลายเซลล์เพื่อวัตถุประสงค์เชิงกลยุทธ์

(จำไว้ว่าในขณะที่เซลล์ตายเมื่อมีการสลาย ไม่ได้หมายความว่า "lyse" เทียบเท่ากับ "ทำลาย")

โดยทั่วไป วิธีการสลายเซลล์เหล่านี้รวมถึง เครื่องกล และวิธีการสลายแบบไม่ใช้เครื่องกล โดย 3 วิธีหลัง ได้แก่ ทางกายภาพ เคมี และชีวภาพ วิธีการทำให้เกิดการสลายเซลล์ การใช้สารละลายบัฟเฟอร์การสลายเซลล์ถือเป็นวิธีการทางเคมี

การหยุดชะงักทางกลของเซลล์อาจอยู่ในรูปของa โรงงานลูกปัดโดยที่แก้วขนาดเล็ก โลหะหรือเซรามิกถูกเขย่าด้วยความเร็วสูงพร้อมกับส่วนผสมของเหลวของเซลล์ที่น่าสนใจ ในวิธีนี้ ลูกปัดจะทำลายเซลล์ที่เปิดออก

อีกทางหนึ่ง sonicationหรือการใช้คลื่นเสียงทำให้เกิดการหยุดชะงักของเซลล์และเยื่อหุ้มเซลล์อย่างมีประสิทธิภาพที่แตกต่างกันผ่านอุปกรณ์ทางกลที่สามารถมีประสิทธิผลได้ คลื่นเสียงเหล่านี้มีความถี่ประมาณ 20 ถึง 50 kHz หรือ 20,000 ถึง 50,000 ครั้งต่อวินาที วิธีการนี้มีเสียงดังและยังสร้างความร้อนได้มากพอที่จะทำให้วิธีนี้ยุ่งยากสำหรับวัสดุที่ไวต่อความร้อนโดยเฉพาะ

สลายทางกายภาพ:ออสโมติกช็อก เป็นวิธีหนึ่งในการสลายเซลล์ มันลดอิออน "ดึง" ของตัวกลางที่เซลล์อยู่ซึ่งอาจทำให้น้ำออกจากตัวกลางและไหลเข้าสู่เซลล์ ในทางกลับกันอาจทำให้เซลล์บวมและแตกออก สารลดแรงตึงผิว เป็นผงซักฟอกชนิดหนึ่งที่สามารถใช้ทำลายเยื่อหุ้มเซลล์ในกระบวนการนี้ได้

ส่วนใหญ่ แบคทีเรียอย่างไรก็ตาม เนื้อเยื่อของยีสต์และพืชสามารถต้านทานการกระแทกของออสโมติกได้เนื่องจากผนังเซลล์ของพวกมัน ซึ่งโดยปกติแล้วเซลล์ยูคาริโอตจะขาดหายไป ด้วยเหตุนี้จึงมักต้องใช้เทคนิคการหยุดชะงักที่แข็งแกร่งขึ้น

อา ระเบิดเซลล์ เป็นอีกวิธีทางกายภาพในการรบกวนเซลล์ ที่นี่ เซลล์ถูกวางไว้ภายใต้แรงกดดันที่สูงมาก (สูงถึง 25,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว หรือประมาณ 170 ล้านปาสกาล) เมื่อความดันถูกปล่อยออกมาอย่างรวดเร็ว การเปลี่ยนแปลงของแรงดันอย่างกะทันหันจะทำให้ก๊าซที่ละลายในเซลล์ถูกปล่อยออกมาเป็นฟองอากาศ สิ่งนี้จะแบ่งเซลล์ที่เปิดออก

สลายทางชีวภาพ:เอนไซม์ อาจมีประโยชน์ในการช่วยย่อยสลายผนังเซลล์ของแบคทีเรีย ตัวอย่างเช่น ไลโซไซม์มีประโยชน์มากในการทำลายผนังเซลล์ของแบคทีเรีย ซึ่งเป็นเกราะป้องกันที่แข็งแรงกว่าเยื่อหุ้มเซลล์ อื่นๆ เอนไซม์ ที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ เซลลูเลส (ซึ่งย่อยสลายแป้ง) และโปรตีเอส (ซึ่งย่อยสลายโปรตีน)

การสลายตัวทางเคมี: ผงซักฟอก ตามที่ระบุไว้ ถูกใช้ในระหว่างวิธีการออสโมติก-ช็อตของการสลายเซลล์ แต่ยังสามารถใช้ในการสลายเซลล์แบบสแตนด์อโลนผ่านการใช้สารละลายเคมีเพียงอย่างเดียว เหล่านี้ ผงซักฟอก ทำงานง่ายๆ โดยการสร้างโปรตีนที่ฝังอยู่ใน เยื่อหุ้มเซลล์ (ซึ่งส่วนใหญ่เป็นฟอสเฟตและลิปิด) ละลายน้ำได้ดีกว่า ทำให้เมมเบรนโดยรวมสลายตัวได้ง่ายขึ้น

คำว่า "สารละลายสลายเซลล์" บางครั้งก็ใช้แทนกันได้กับ "บัฟเฟอร์การสลาย" แม้ว่าจะไม่เสมอไป จึงเป็นประโยชน์ที่จะรู้เฉพาะเจาะจง ส่วนผสมของสารเคมีค็อกเทลที่ออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อทำลายเยื่อหุ้มเซลล์โดยไม่กระทบต่อความสมบูรณ์ของเซลล์ เนื้อหา

บัฟเฟอร์ lysis ทั่วไปอาจมีส่วนผสมของบัฟเฟอร์เกลือ ดังต่อไปนี้:

• 50 mM Tris-HCl pH 7.5 (บัฟเฟอร์อุตสาหกรรมที่มีระดับความเป็นด่างเล็กน้อย หรือความเป็นด่างเล็กน้อย ค่า pH หรือไฮโดรเจนไอออน)
• 100 mM NaCl (เกลือแกง)
• 1 mM DTT (เฉพาะสำหรับโปรตีน)
• กลีเซอรอล 5% (แอลกอฮอล์น้ำตาลและ "กระดูกสันหลัง" ของไขมัน)

การสกัดโปรตีนเป็นกระบวนการที่เรียบง่ายเพียงพอ อย่างน้อยก็ในหลักการ ขั้นแรก เซลล์ที่โปรตีนจำเพาะจะถูกแยกออกมา วิธีใดที่อธิบายข้างต้น เมื่อรวบรวมโปรตีนแล้วจะ มักจะต้องแยกออกจากพื้นหลังจำนวนมากที่อย่างน้อยก็เพื่อจุดประสงค์ในปัจจุบันคือ ไม่ต้องการ

ตัวอย่างเช่น, กรดนิวคลีอิก (DNA และ RNA) เกือบจะเข้าสู่ ไลเซทหรือสารละลายที่มีเนื้อหาเซลล์อิสระ การเตรียมสารเคมีพิเศษสามารถใช้เพื่อ "ล้าง" กรดนิวคลีอิกออกจากสารละลายและทิ้งโปรตีนไว้เป็นส่วนใหญ่ ขั้นตอนทางเคมีและทางกายภาพเพิ่มเติมจะนำไปสู่ความบริสุทธิ์มากขึ้นในโปรตีนที่ถูกรวบรวม